ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE FUENTES CONMUTADAS FORWARD Y FLYBACK EN BAJA POTENCIA RESUMEN

ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE FUENTES CONMUTADAS FORWARD
Y FLYBACK EN BAJA POTENCIA
ING. JOSÉ ISABEL MARTÍNEZ SILVA, M.C. MARIO SALVADOR ESPARZA GONZÁLEZ,
jose_marsil@yahoo.cm.mx, msespa71@yahoo.com.mx,
Instituto Tecnológico de Aguascalientes, Teléfono [01 449] 910-50-02, Aguascalientes, Ags.
RESUMEN
Este artículo muestra una comparación entre los
convertidores forward y flyback en potencia baja (150
W), para determinar ventajas de uno sobre otro y decidir
cuál es el más adecuado para la aplicación requerida.
INTRODUCCIÓN
Estos tipos de convertidores son muy similares desde el
punto de vista que ambos poseen aislamiento galvánico
y por tanto la transferencia de energía se hace por medio
de un acoplamiento magnético, sin embargo, al tratar de
enfocarlos a una aplicación los rangos de potencia
manejados cambian de una referencia a otra, por tanto es
necesario realizar el diseño de ambos convertidores para
determinar cuál es el más adecuado para nuestra
aplicación.
FUNDAMENTO TEÓRICO
El convertidor forward, figura 1.1a, siempre transmite
energía a la carga, ya que la inclusión de dos diodos de
salida permiten que se transfiera energía en forma
directa o por la energía almacenada en la bobina. El
diodo de sujeción del devanado primario conduce la
energía que se almacena en el primario a la fuente, a la
vez que restablece el núcleo para evitar que se sature. La
inclusión de un inductor de salida le permite tener un
bajo contenido de rizo a la salida.
Figura 1.1. Topologías forward (a) y flyback (b).
El convertidor flyback, figura 1.1b, sólo transmite
energía a la carga cuando el transistor está apagado, por
la energía que almacena la bobina, por tal razón, además
de no incluir una bobina de salida, su contenido de rizo
es considerable.
RESULTADOS
Se diseñaron ambos convertidores con la inclusión de un
rectificador a la entrada para ser conectados a una fuente
de CA de 110V, ambas fuentes operaron en modo de
conducción continua, con un ciclo de trabajo DMAX =
0.5, eficiencia η = 0.9, a una frecuencia de 50 kHz y
para una potencia de salida de 150 W, considerando el
mismo núcleo.
Los resultados fueron los siguientes:
Elemento
Forward
Flyback
Lp
594.7 µH
435 µH
(Lp = Lr)
Ls
4.54 mH
604.207 µH
Co
50 nF
60 µF
Lo
200.44 mH
---Tabla 1.1. Comparación de valores de diseño.
Donde Lp = inductancia del primario, Ls = inductancia
del secundario, Lr = inductancia del devanado de
recuperación, Lo = inductancia de salida, Co = capacitor
de salida y R = carga.
La topología forward requiere de inductancias de mayor
tamaño, además posee mayor número de componentes,
se añaden las bobinas Lr y Lo, por lo que su tamaño y
costo son más altos. El valor del capacitor de salida, aún
siendo mayor en el convertidor flyback es irrelevante
respecto al tamaño.
Figura 1.2. Respuesta transitoria y contenido de rizo en los
convertidores forward (a) y flyback (b)
En la figura 1.2 se aprecia que el contenido de rizo en la
corriente de salida y la respuesta transitoria de ambos
convertidores es muy similar.
Otro aspecto que se debe considerar es la tensión de
colector, ya que entre mayor sea es necesario el uso de
transistores de mayor tensión de ruptura y eso limita el
rango de frecuencias de operación, de lo contrario se
presentarán excesivas pérdidas de conmutación, dicha
tensión de colector resulta mayor en el convertidor
forward, es definida por 2VI, mientras en el flyback está
dada por VI +(Np/Ns)Va.
El convertidor flyback puede mejorar su respuesta
transitoria, operando en el modo de conducción
discontinua, puede ser de tensión o corriente de salida
constante, dependiendo si trabaja en modo de operación
continua o discontinua, ya que sus valores a la salida no
dependen de las variaciones en la carga. El contenido de
rizo a la salida se suaviza sobredimensionando Co.
CONCLUSIONES
La topología más adecuada es la flyback, en la potencia
especificada, 150 W, ya que presenta ciertas ventajas
sobre la topología forward y permite obtener
satisfactoriamente los resultados deseados.
BIBLIOGRAFÍA
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Componentes reactivos. Consideraciones prácticas.